【文章內(nèi)容簡介】 算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU雖然劃分為以上幾個(gè)部分，但PLC中的CPU芯片實(shí)際上就是微處理器，由于電路的高度集成，對(duì)CPU內(nèi)部的詳細(xì)分析已無必要，我們只要弄清它在PLC中的功能與性能，能正確地使用它就夠了。CPU模組的外部表現(xiàn)就是它的工作狀態(tài)的種種顯示、種種接口及設(shè)定或控制開關(guān)。一般講，CPU模組總要有相應(yīng)的狀態(tài)指示燈，如電源顯示、運(yùn)行顯示、故障顯示等。箱體式PLC的主箱體也有這些顯示。它的總線界面，用于接I/O范本或底板，有內(nèi)存接口，用于安裝內(nèi)存，有外設(shè)口，用于接外部設(shè)備，有的還有通訊口，用于進(jìn)行通訊。CPU模組上還有許多設(shè)定開關(guān)，用以對(duì)PLC作設(shè)定，如設(shè)定起始工作方式、內(nèi)存區(qū)等。PLC的CPU內(nèi)部包含CU、ALU、暫存器三大部分： ：(控制單元指令解碼器) 負(fù)責(zé)將儲(chǔ)存在內(nèi)存內(nèi)的程式解碼成控制信號(hào)，用以決定各單元模組的工作狀態(tài)，是PLC的指揮部。 ：(算數(shù)及邏輯運(yùn)算單元)專門負(fù)責(zé)做加減乘除的算術(shù)運(yùn)算及AND、OR、NOT邏輯運(yùn)算暫存器：CPU內(nèi)部內(nèi)存可以暫時(shí)存放運(yùn)算的結(jié)果，等待下一次運(yùn)算。PLC內(nèi)部存放撰寫完成編輯的程式指令及資料的地方，通常也可使用RAM或EEPROM等專用內(nèi)存卡片方式擴(kuò)充(但擴(kuò)充能力得依各廠牌與型號(hào)有所不同)。輸入/輸出單元(IO單元) PLC的對(duì)外功能，主要是通過各種I/O接口模組與外界聯(lián)系的，按I/O點(diǎn)數(shù)確定模組規(guī)格及數(shù)量，I/O模組可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機(jī)架槽數(shù)限制。I/O模組集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入單元是用來連結(jié)擷取輸入元件的信號(hào)動(dòng)作并透過內(nèi)部總線將資料送進(jìn)內(nèi)存由CPU處理驅(qū)動(dòng)程式指令部分。PLC輸入模組PLC系統(tǒng)的架構(gòu)和輸入模組產(chǎn)品的選擇端視需要被監(jiān)測(cè)的輸入訊號(hào)位準(zhǔn)而定。來自不同類型被監(jiān)測(cè)的傳感器與流程控制之變量訊號(hào)，可以涵蓋從177。10mV至177。10V的輸入訊號(hào)范圍。輸出單元是用來驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的接口，主要原理是由CPU處理以書寫在PLC里的程式指令，判斷驅(qū)動(dòng)輸出單元在進(jìn)而控制外部負(fù)載，如指示燈、電磁接觸器、繼電器、氣(油)壓閥等。PLC輸出模組在工業(yè)環(huán)境中用來控制制動(dòng)器、氣閥及馬達(dá)等的PLC系統(tǒng)類比輸出范圍包括177。5V、177。10V、0V到5V、0V到10V、4到20mA、或0到20mA等。 (類比數(shù)位轉(zhuǎn)換控制) AD類比訊號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)位訊號(hào)：主要是把外部微電壓微電流以及0與1的資料，透過專用模組接面接收，再以專用指令轉(zhuǎn)換運(yùn)算給程式運(yùn)用。DA數(shù)位訊號(hào)轉(zhuǎn)類比訊號(hào)：主要是把PLC內(nèi)部數(shù)學(xué)數(shù)值及專用指令以CPU做運(yùn)算，并透過專用模組將數(shù)學(xué)數(shù)值轉(zhuǎn)微電壓微電流信號(hào)再加以控制外部設(shè)備，如變頻器、溫控器等包含其他具有數(shù)位類比收送的接口設(shè)備。通常在使用AD/DA模組時(shí)都會(huì)去考慮到設(shè)備的分辨率，因?yàn)榉直媛蕰?huì)影響到精準(zhǔn)度，所以我門通常會(huì)選用高分辨率的設(shè)備使用，并遵照期線性比例做數(shù)學(xué)運(yùn)算。有些PLC中的電源，是與CPU模組合二為一的，有些是分開的，其主要用途是為PLC各模組的集成電路提供工作電源。同時(shí)，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源以其輸入類型有：交流電源，加的為交流220VAC或110VAC，直流電源，加的為直流電壓，常用的為24V。 現(xiàn)在PLC大多具有可擴(kuò)充通信網(wǎng)絡(luò)模組的功能，簡單的PLC以BUS纜線或RS232方式通訊連結(jié)，較高階的PLC會(huì)采用USB或以太網(wǎng)路方式做通訊連結(jié)。它使PLC與PLC 之間、PLC與個(gè)人電腦以及其他智慧設(shè)備之間能夠交換資訊，形成一個(gè)統(tǒng)一的整體，實(shí)現(xiàn)分散集中控制。現(xiàn)在幾乎所有的PLC新產(chǎn)品都有通信網(wǎng)絡(luò)功能，它和電腦一樣具有RS232接口，通過雙絞線、同軸電纜或光纜，可以在幾公里甚至幾十公里的范圍內(nèi)交換資訊。當(dāng)然，PLC之間的通訊網(wǎng)絡(luò)是各廠家專用的，PLC與電腦之間的通訊，一些生產(chǎn)廠家采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線，并向標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)定靠近，這將使不同機(jī)型的PLC之間、PLC與電腦之間可以方便地進(jìn)行通訊與網(wǎng)絡(luò)。外部設(shè)備是PLC系統(tǒng)不可分割的一部分，它有四大類：編程設(shè)備有簡易編程器和智慧圖形編程器，用于編程、對(duì)系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況。編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、檢查維護(hù)不可缺少的器件，但它不直接參與現(xiàn)場(chǎng)控制運(yùn)行。監(jiān)控設(shè)備資料監(jiān)視器和圖形監(jiān)視器。直接監(jiān)視資料或通過畫面監(jiān)視資料。存儲(chǔ)設(shè)備有存儲(chǔ)卡、存儲(chǔ)磁帶、軟碟或只讀內(nèi)存，用于永久性地存儲(chǔ)用戶資料，使用戶程式不丟失，如EPROM、EEPROM寫入器等。輸入輸出設(shè)備用于接收信號(hào)或輸出信號(hào)，一般有條碼讀入器，輸入模擬量電位器，打印機(jī)等。PLC內(nèi)主要元件PLC利用內(nèi)部內(nèi)存，規(guī)劃許多順序控制程式上常會(huì)使用到的元件，這些元件包括: 輸入繼電器、輸出繼電器、補(bǔ)助繼電器、計(jì)數(shù)器、計(jì)時(shí)器、資料暫存器等主要元件，各元件功能與使用方法，說明如下：(1)輸入接點(diǎn)(input)與輸出接點(diǎn)(Output) 用于PLC與外部元件之間的狀態(tài)傳送?？蛇B接外部器件，及按鈕開關(guān)、選擇開關(guān)、光電開關(guān)、數(shù)字開關(guān)等，使用過大電流將會(huì)造成內(nèi)部接點(diǎn)元件損壞。 PLC輸出（Yn）與輸入(Xn)之繼電器對(duì)應(yīng)至實(shí)際輸出與輸入之接點(diǎn)狀態(tài)，由PLC內(nèi)部之記體來記憶，在每回程式執(zhí)行完畢后，PLC會(huì)將運(yùn)算結(jié)果后內(nèi)存之值（0 或1）反應(yīng)至輸出接點(diǎn)Yn（ON或OFF）；接著掃描輸入接點(diǎn)Xn之狀態(tài)，并更新所有輸入點(diǎn)內(nèi)存內(nèi)之值，以備下一回程式執(zhí)行使用。 輸入點(diǎn)Xn與輸出點(diǎn)Yn可當(dāng)作一虛擬繼電器的接點(diǎn)，因此可作常開接點(diǎn)(| |)與常閉接點(diǎn)(|/|)處理，每個(gè)輸出點(diǎn)Yn(( ))只能使用在程序一次(步進(jìn)指令STL+RET例外)，但如作為接點(diǎn)，則可在程式設(shè)計(jì)的程序中無限使用。 以上為三菱PLC標(biāo)記方式，其中n 代表接點(diǎn)之編號(hào)，接點(diǎn)編號(hào)方式各廠牌不同，有些PLC采八進(jìn)制而非慣用之十進(jìn)制。 內(nèi)部繼電器(M) PLC內(nèi)部提供很多補(bǔ)助繼電器（通常以M或者R表示），用來取代傳統(tǒng)順序控制中的繼電器。傳統(tǒng)繼電器包括接點(diǎn)與線圈二部份，但實(shí)際上PLC是以內(nèi)存來記憶補(bǔ)助繼電器之狀態(tài)，若線圈被驅(qū)動(dòng)則將1 寫入，否則將0 寫入。接點(diǎn)之運(yùn)算則直接讀自所對(duì)應(yīng)之內(nèi)存值（0 或1），但原理與傳統(tǒng)繼電器相同，只有持續(xù)輸出電源或采用自我保持設(shè)計(jì)，才可保持繼電器的ON(1)狀態(tài)，如果切斷PLC的電源，或者對(duì)PLC進(jìn)行復(fù)歸，內(nèi)部繼電器都將斷開OFF，除非是停電保持形態(tài)之內(nèi)部繼電器。 補(bǔ)助繼電器可分為一般型與停電保持型，差別在系統(tǒng)重新啟動(dòng)或斷電后，停電保持型記憶啟動(dòng)或斷電前之狀態(tài)。 依各廠生產(chǎn)型別，尚可能有網(wǎng)絡(luò)繼電器(B)、步進(jìn)繼電器(S)...等特殊型態(tài)。(2)計(jì)數(shù)器(Counter) 計(jì)數(shù)器在程式中被用來計(jì)算重復(fù)動(dòng)作的次數(shù)。每一個(gè)計(jì)數(shù)器Cn 有一個(gè)位元內(nèi)存位址代表其接點(diǎn)狀態(tài)，另有一字符暫存器用來記錄目前所計(jì)數(shù)之大小。 一般PLC的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方式可分為上數(shù)或下數(shù)方式，有的計(jì)數(shù)器則同時(shí)具有上數(shù)與下數(shù)方式。上數(shù)指的是由小往大數(shù)(如:1,2,3...)，下數(shù)指的是由大的往小數(shù)(如:9,8,7...)。因此首先要了解所使用之計(jì)數(shù)器到底是上數(shù)或下數(shù)。 一般PLC中的計(jì)數(shù)器并非真有硬件計(jì)數(shù)器存在，而是以內(nèi)存配合軟件的模擬方式來完成計(jì)數(shù)等功能。但有的PLC具有高速計(jì)數(shù)器，則是以實(shí)際的硬件來完成所需的高速計(jì)數(shù)工作。順序控制使用一般計(jì)數(shù)器即可，但若輸入訊號(hào)為高速脈波，則須改采高速計(jì)數(shù)器。有的PLC為避免意外停電后計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的遺失，也提供部份計(jì)數(shù)器具有停電后保持計(jì)數(shù)值與接點(diǎn)狀況之功能。 (3)計(jì)時(shí)器(Timer)計(jì)時(shí)器用來計(jì)算動(dòng)作的時(shí)間長短。每一個(gè)計(jì)時(shí)器Tn有一個(gè)內(nèi)存記憶其接點(diǎn)狀態(tài)，另有一暫存器用來記錄目前所計(jì)時(shí)之次數(shù)。每單位計(jì)時(shí)時(shí)間乘上計(jì)時(shí)次數(shù)，代表所計(jì)時(shí)之時(shí)間長短。一般型計(jì)時(shí)器按其接點(diǎn)動(dòng)作方式可分為“啟動(dòng)延遲型”或“斷電延遲型”二種。另有積算型計(jì)時(shí)器，在輸入訊號(hào)消失或停電后，計(jì)時(shí)器內(nèi)之資料會(huì)被保存。因此積算計(jì)數(shù)內(nèi)之資料在每一次重新計(jì)時(shí)動(dòng)作前，應(yīng)先予以歸零?！皢?dòng)延遲型”計(jì)時(shí)器:在啟動(dòng)訊號(hào)輸入后開始計(jì)時(shí)，等到計(jì)時(shí)終了才啟動(dòng)計(jì)時(shí)線圈與接點(diǎn)；“斷電延遲型”計(jì)時(shí)器:則在啟動(dòng)訊號(hào)輸入后，除了開始計(jì)時(shí)，并啟動(dòng)計(jì)時(shí)線圈與接點(diǎn)，等到計(jì)時(shí)終了才將計(jì)時(shí)線圈與接點(diǎn)關(guān)閉。 (4)資料暫存器(Data)資料暫存器（Dn）用來儲(chǔ)存字符組之?dāng)?shù)值或字符資料。其資料型態(tài)使用二進(jìn)制符號(hào)，數(shù)據(jù)用O與1表示。每個(gè)暫存器使用16位元儲(chǔ)存，但是如果使用二個(gè)資料暫存器，則可處理32位元的數(shù)據(jù)。 數(shù)值存入后其內(nèi)容會(huì)一直保持，直到新數(shù)據(jù)送入或程式停止運(yùn)轉(zhuǎn)才清除歸零。 依其功能可分為一般用、停電保持用、特殊用、檔案暫存用四種。 PLC的軟件由系統(tǒng)程序和用戶程序組成。系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計(jì)編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。　　PLC的用戶程序是用戶利用PLC的編程語言，根據(jù)控制要求編制的程序。在PLC的應(yīng)用中，最重要的是用PLC的編程語言來編寫用戶程序，以實(shí)現(xiàn)控制目的。由于PLC是專門為工業(yè)控制而開發(fā)的裝置，其主要使用者是廣大電氣技術(shù)人員，為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力，PLC的主要編程語言采用比計(jì)算機(jī)語言相對(duì)簡單、易懂、形象的專用語言?！　LC編程語言是多種多樣的，對(duì)于不同生產(chǎn)廠家、不同系列的PLC產(chǎn)品采用的編程語言的表達(dá)方式也不相同，但基本上可歸納兩種類型：一是采用字符表達(dá)方式的編程語言，如語句表等；二是采用圖形符號(hào)表達(dá)方式編程語言，如梯形圖等。　　以下簡要介紹幾種常見的PLC編程語言?！　　　√菪螆D語言是在傳統(tǒng)電器控制系統(tǒng)中常用的接觸器、繼電器等圖形表達(dá)符號(hào)的基礎(chǔ)上演變而來的。它與電器控制線路圖相似，繼承了傳統(tǒng)電器控制邏輯中使用的框架結(jié)構(gòu)、邏輯運(yùn)算方式和輸入輸出形式，具有形象、直觀、實(shí)用的特點(diǎn)。因此，這種編程語言為廣大電氣技術(shù)人員所熟知，是應(yīng)用最廣泛的PLC的編程語言，是PLC的第一編程語言。　　如圖1所示是傳統(tǒng)的電器控制線路圖和PLC梯形圖。a） 電器控制線路圖 b）PLC梯形圖 圖1 電器控制線路圖與梯形圖　　　　從圖中可看出，兩種圖基本表示思想是一致的，具體表達(dá)方式有一定區(qū)別。PLC的梯形圖使用的是內(nèi)部繼電器，定時(shí)／計(jì)數(shù)器等，都是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，使用方便，修改靈活，是原電器控制線路硬接線無法比擬的。